工程热力学 7 水和水蒸气的性质
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工程热力学名词解释专题注:参考哈工大的工程热力学和西交大的工程热力学第一章——基本概念1、闭口系统:热力系与外界无物质交换的系统。
2、开口系统:热力系与外界有物质交换的系统。
3、绝热系统:热力系与外界无热量交换的系统。
4、孤立系统:热力系与外界有热量交换的系统。
5、热力平衡状态:热力系在没有外界作用的情况下其宏观性质不随时间变化的状态。
6、准静态过程:如果造成系统状态改变的不平衡势差无限小,以致该系统在任意时刻均无限接近于某个平衡态,这样的过程称为准静态过程7、热力循环:热力系从某一状态开始,经历一系列中间状态后,又回复到原来状态。
8、系统储存能:是指热力学能、宏观动能、和重力位能的总和。
9、热力系统:根据所研究问题的需要,把用某种表面包围的特定物质和空间作为具体指定的热力学的研究对象,称之为热力系统。
第二章——热力学第一定律1、热力学第一定律:当热能与其他形式的能量相互转换时,能的总量保持不变。
或者,第一类永动机是不可能制成的。
2、焓:可以理解为由于工质流动而携带的、并取决于热力状态参数的能量,即热力学能与推动功的总和。
3、技术功:技术上可资利用的功,是稳定流动系统中系统动能、位能的增量与轴功三项之和4、稳态稳流:稳定流动时指流道中任何位置上的流体的流速及其他状态参数都不随时间而变化流动。
第三章——热力学第二定律1、可逆过程:系统经过一个过程后,如果使热力系沿原过程的路线反向进行并恢复到原状态,将不会给外界留下任何影响。
2、热力学第二定律:克劳修斯表述:不可能把热从低温物体转移到高温物体而不引起其他变化。
开尔文普朗克表述:不可能从单一热源吸热而使之全部转变为功。
3、可用能与不可用能:可以转变为机械功的那部分热能称为可用能,不能转变为机械功的那部分热能称为不可用能。
4、熵流:热力系和外界交换热量而导致的熵的流动量5、熵产:由热力系内部的热产引起的熵的产生。
6、卡诺定理:工作再两个恒温热源(1T 和2T )之间的循环,不管采用什么工质,如果是可逆的,其热效率均为121T T ,如果不是可逆的,其热效率恒小于121T T 。
第七章水蒸汽水蒸汽是人类在热力发动机中最早应用的工质,虽然后来也应用其他的工质,但是由于水蒸汽易于获得,价格低廉、无污染等优点,至今仍然是工业上广泛使用的工质。
水蒸汽在某些条件下可以当做理想气体来处理,例如空气中的水蒸汽,内燃机燃气中的水蒸汽等,由于水蒸气的分压力比较低或者温度较高,当做理想气体来处理不会有太大的偏差,但是大多数情况下我们使用的水蒸汽离液态不远,分子间的作用力和分子本身的体积不可忽略,因此不能当做理想气体来处理。
水蒸汽的热力性质比理想气体复杂的多,不能用简单的公式来计算,在工程计算中,不能单纯的利用数学方法计算,而是采用查取图表的方式来解决,这些图表是理论分析与实验相结合的方法,得出水蒸汽热力性质的复杂公式,由计算结果经过实验验证编制而成的。
本章主要介绍水蒸汽产生的一般原理,水蒸汽参数的确定,水蒸汽图表的结构和应用,计算水蒸汽在热力过程中传递的功和热量。
7.1 水的相变及相图一、饱和温度和饱和压力液体分子和气体分子一样处于紊乱的热运动中,当液体分子处于一个能够承受一定压力的容器中时,随时有液体表面附近的动能较大的分子克服表面张力扩散到上部空间,同时,上部空间的蒸汽分子也会与液面碰撞而回到液面,凝成液体。
这就是气化(蒸发)与液化(凝结)的过程。
气化时,分子带走了液体的能量,液体内分子的平均动能减小,气化速度降低,要维持气化的持续进行,就需要加热来提供热量。
可见,气化速度取决于液体的温度。
液化过程取决于上部蒸汽分子的压力,蒸汽分子越多,蒸汽压力也就越大,与液面碰撞的几率越大。
气化与液化到一定程度时会达到动态平衡,此时的状态称为饱和状态。
上部的蒸汽称为饱和蒸汽,饱和蒸汽的压力称为饱和压力,下部液体称为饱和液体,温度叫做饱和温度。
饱和温度和饱和压力一一对应。
若温度变化,气化速度会发生变化,会达到新的平衡状态。
饱和蒸汽的特点是,在一定容积下,不能再含有更多的蒸汽,如果再有蒸汽加入,就必定有一部分蒸汽凝结,饱和蒸汽致命由此而来。
第7章 水 蒸 汽例1:容积为0.63m 的密闭容器内盛有压力为3.6bar 的干饱和蒸汽,问蒸汽的质量为多少,若对蒸汽进行冷却,当压力降低到2bar 时,问蒸汽的干度为多少,冷却过程中由蒸汽向外传出的热量为多少 解:查以压力为序的饱和蒸汽表得:1p =3.6bar 时,"1v =0.51056kg m /3 "1h =2733.8kJ /kg蒸汽质量 m=V/"1v =1.1752kg查饱和蒸汽表得:2p =2bar 时,'2v =0.0010608kg m /3 "2v =0.88592kg m /3 '2h =504.7kJ /kg''2h =2706.9kJ /kg在冷却过程中,工质的容积、质量不变,故冷却前干饱和蒸汽的比容等于冷却后湿蒸汽的比容即: "1v =2x v或"1v =''22'22)1(v x v x +- 由于"1v ≈''22v x=≈"2"12v v x 0.5763 取蒸汽为闭系,由闭系能量方程 w u q +∆=由于是定容放热过程,故0=w所以 1212u u u q -=∆=而u =h -pv 故)()("11"1222v p h v p h q x x ---= 其中:2x h =''22'22)1(h x h x +-=1773.8kJ /kg则 3.878-=q kJ /kgQ=mq=1.1752⨯(-878.3) =-1032.2kJ例2:1p =50bar C t 01400=的蒸汽进入汽轮机绝热膨胀至2p =0.04bar 。
设环境温度C t 0020=求:(1)若过程是可逆的,1kg 蒸汽所做的膨胀功及技术功各为多少。
(2)若汽轮机的相对内效率为0.88时,其作功能力损失为多少 解:用h -s 图确定初、终参数初态参数:1p =50bar C t 01400=时,1h =3197kJ /kg 1v =0.058kg m /31s =6.65kJ /kgK则1111v p h u -==2907 kJ /kg6.65kJ /kgK终态参数:若不考虑损失,蒸汽做可逆绝热膨胀,即沿定熵线膨胀至2p =0.04bar ,此过程在h-s 图上用一垂直线表示,查得2h =2020 kJ /kg 2v =0.058kg m /3 2s =1s =6.65kJ /kgK2222v p h u -==1914 kJ /kg膨胀功及技术功:21u u w -==2907-1914=993 kJ /kg21h h w t -==3197-2020=1177 kJ /kg2)由于损失存在,故该汽轮机实际完成功量为t ri t w w η='=0.88⨯1177=1036 kJ /kg此不可逆过程在h-s 图上用虚线表示,膨胀过程的终点状态可以这样推算,按题意'21'h h w t -=,则'12't w h h -==3197-1036=2161 kJ /kg这样利用两个参数'2p =0.04bar 和'2h =2161 kJ /kg ,即可确定实际过程终点的状态,并在h-s 图上查得'2s =7.12kJ /kgK ,故不可逆过程熵产为22's s s g -=∆=7.12-6.65=0.47kJ /kgK作功能力损失)(00g f s s T s T w ∆+∆=∆=∆因绝热过程0=∆f s则kg kJ s T w g /7.13747.0)20273(0=⨯+=∆=∆例3:0.1kg 水盛于一绝热的刚性容器中,工质的压力的0.3Mpa ,干度为0.763。